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A une semaine du SIAE, salon international de l’aéronautique et de l’espace au Bourget, voici un article sur l’aéronautique, dont le sujet n’est pas un avion, mais une véritable légende. Car avant de parler du SR-72, je fais bien évidemment référence au SR-71 « Blackbird », un avion mythique retiré du service depuis 19 ans, mais qui était capable de performances hallucinantes. Vous pouvez d’ailleurs le voir au musée Udvard-Hazy Center de l’aéroport de Dulles, à Washington DC (ci-dessous).

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Cet avion de reconnaissance mis en service en 1968 pouvait en effet voler à 3500 km/h, et à 25 km d’altitude distançant ainsi les missiles sol-air soviétiques de la guerre froide. Muni de deux turbo-statoréacteurs, l’avion était ravitaillé juste après son décollage. En effet, et pour l’anecdote, les réservoirs n’étaient pas remplis au sol, car ils fuyaient de manière intrinsèque. Ce n’est qu’après avoir atteint la vitesse de Mach 3 que les réservoirs devenaient étanches (en raison de la dilatation de la structure de l’avion), permettant ainsi leur remplissage à plein.

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Un avion mythique, donc, que l’US Air Force compte bien remplacer. Son successeur (également sorti de l’imagination de la division SkunkWorks de Lockheed Martin) ? Le SR-72 – bon, pour l’originalité, on repassera. Et son constructeur vient d’en dévoiler quelques caractéristiques.

Le SR-72 sera un avion de reconnaissance et d’attaque, capable d’atteindre… Mach 6 (oui, vous avez bien lu). A cette vitesse, on ne parle plus de supersonique, mais bien d’hypersonique (pour information, le domaine hypersonique débute à Mach 5). Pour ce faire, il sera muni d’un moteur à cycle combiné de type RBCC pour Rocket Based Combined Cycle, a priori conçu par Aerojet Rocketdyne.

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Le principe d’une telle propulsion est de combiner une propulsion à base de fusée, avec un statoréacteur. Pour mémoire, et pour les non spécialistes, je me permets de rappeler qu’un statoréacteur, inventé par le Français René Lorin en 1912, est un tube ouvert dans lequel le carburant injecté se mélange à l’air voyageant à haute vitesse, enflammé grâce à un système d’allumage. Si vous visitez le superbe musée de l’air et de l’espace au Bourget (bon attendez la fin du SIAE si vous voulez être tranquille), vous verrez les avions à statoréacteurs Leduc conçus à partir des travaux de Lorin (ici le Trident).

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Dans un statoréacteur, la poussée est donc produite par les gaz de combustion qui sont expulsés à très haute vitesse dans la tuyère – mais un tel moteur doit, pour pouvoir fonctionner, être déjà en mouvement : impossible de démarrer avec le seul statoréacteur. Le principe du RBCC est donc de déclencher la propulsion fusée pour le décollage, amener l’avion jusqu’à Mach 3 et ensuite déclencher le statoréacteur.

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Dit comme cela, ça a l’air simple, mais pour y parvenir, il faut travailler considérablement sur le design de l’avion, afin d’intégrer le moteur à cycle combiné dans la structure sans risquer de disloquer l’engin, et sans offrir trop de vulnérabilité à la détection radar. En fait, c’est même encore plus complexe, puisque le système envisagé pour un statoréacteur hypersonique serait du type « statomixte » : le statoréacteur serait lui-même combiné à un superstatoréacteur – ne va pas à Mach 6 qui veut. Et cela pose de sérieux problèmes de conception, notamment en ce qui concerne les prises d’air.

Bref, tout cela laissait à penser qu’un démonstrateur de RBCC ne serait disponible qu’autour de 2025/ 2030. Mais la semaine dernière, Rob Weiss, photo ci-dessous, VP de Lockheed Martin, et directeur de Skunkworks (oui, il y a des métiers de rêve) a annoncé à AviationWeek que la technologie était finalement plus mature que prévu, et laissait présager qu’un démonstrateur pouvait être envisagé dès 2018.

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Bon, on ne parle pas d’un démonstrateur complet du SR 72 mais d’un système sans pilote (on comprend pourquoi) de type FRV (Flight Research Vehicle) de la taille d’un F22 Raptor, et muni d’un moteur à cycle combiné. Tout ceci a en fait été rendu possible par un programme de recherche ayant mené au développement d’un démonstrateur de moteur hypersonique au sol, le Air Force/Darpa HTV-3X reusable hypersonic demonstrator.

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Lockheed Martin table donc sur un premier vol du démonstrateur en 2020, suivi par le développement d’une version en taille réelle d’un prototype de SR-72 muni de deux engins RBCC. Celui-ci serait à peu près de la même taille que le SR-71 Blackbird, et pourrait voler avant 2030. La propulsion hypersonique n’est donc plus du domaine de la science-fiction, mais uniquement de la science!

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Marcel Dassault disait « pour qu’un avion vole, il faut qu’il soit beau ». Bon, on dira que c’est parce que ce n’est pas un avion que le Hybrid Airship de Lockheed Martin a une apparence disons…curieuse, à l’image de son grand frère, le Airlander 10, conçu de telle manière que certains le surnomment « the flying bum » (le derrière volant)… Comme le montre la photo ci-dessous.

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Ce dernier a fini son dernier vol d’essai en août 2016 dans un champ anglais (une espèrce de « soft crash »). Mais revenons au Hybrid Airship. Commercialisé par une filiale de Lockheed baptisée Hybrid Enterprises, il s’agit d’un projet émanant de Skunkworks, département mythique de Lockheed Martin dont le nom officiel est Advanced Development Programs (ADP), responsable du développement d’avions mythiques tel que le SR71 Blackbird, ou le F117. Ce département (littéralement « l’atelier du putois ») est caractérisé par une grande autonomie au sein de sa maison-mère et travaille sur des projets disruptifs. En l’occurrence, le Hybrid Airship était auparavant connu sous le nom de projet P791.

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Pourquoi un tel engouement actuel pour le retour à un concept aussi vieux que les débuts de l’aviation ? Parce que les dirigeables possèdent de nombreux atouts, en particulier leur discrétion, leur autonomie, leur capacité d’emport et le respect de l’environnement. Mais également parce qu’ils sont capables d’assurer des missions uniques ; ainsi dans le monde de la défense, des dirigeables capables de rester en toute discrétion positionnés pour des tâches de surveillance, ou d’effectuer des tâches de ravitaillement dans des zones difficiles d’accès constituent des alternatives intéressantes aux vecteurs classiques. Mais les dirigeables traditionnels souffrent de limitations: lourdeur, fragilité, nécessité de disposer d’infrastructures au sol, emport limité, etc…

Retour au Hybrid Airship : celui-ci possède une triple chambre emplie d’hélium, de 90m de long. Cela, c’est classique même si cette chambre est fabriqué en Vectran, un matériau analogue au Kevlar. Mais il possède aussi une forme aérodynamique particulière, capable d’assurer en elle-même 20% de la portance de l’aéronef (le reste étant assuré par l’hélium). Et surtout un système innovant baptisé ACLS pour Air Cushion Landing System qui lui permet d’atterrir, de décoller ou de manœuvrer quasiment n’importe où.

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Car à la différence des dirigeables classiques qui nécessitent des infrastructures importantes au sol et notamment un mât d’amarrage, le Hybrid Airship possède 3 coussins d’air munis de rotors, capables de soulever ou d’aspirer littéralement au sol le dirigeable. Ce dernier se comporte donc, pendant les phases de manœuvre au sol, de décollage ou d’atterrissage, comme un hovercraft, un véhicule à coussin d’air. Et comme un hovercraft, il peut évoluer à quelques mètres au-dessus du sol, mais aussi au-dessus de l’eau.

En vol, le Hybrid Airship atteint des altitudes de 3000m et possède une autonomie d’environ 2500 km sans ravitaillement (il est propulsé par des moteurs diesel), tout cela avec une capacité d’emport de 20 tonnes. Mais il y a plus étonnant. Car le talon d’Achille des dirigeables, ce sont les micro-déchirures de l’enveloppe (« pinholes ») et les fuites d’hélium. Pour y remédier, Skunkworks (encore eux) ont développé…un robot.

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Baptisé Spider, ce dernier est présent en permanence sur l’enveloppe (en fait, il est composé de deux parties, l’une à l’extérieur munie de senseurs, et l’une à l’intérieur munie d’une source lumineuse brillante, reliées par une liaison magnétique). Comme une araignée, il parcourt le dirigeable (jusqu’à 3km chaque jour). Lorsqu’une anomalie est détectée (par une variation de la transparence), le robot est capable de la réparer en diffusant un adhésif à l’endroit de la micro-déchirure. Regardez ce film étonnant :

La recherche est collaborative : plusieurs robots sont disséminés sur la surface, et peuvent, le cas échéant, se synchroniser, se relever mutuellement ou communiquer. Et de toutes façons, les fuites ne sont pas un gros souci: le Vectran est très résistant, et si une fuite se produit, l’hélium étant stocké dans l’enveloppe à très basse pression, la seule pression de l’air ambiant suffit à le maintenir dans le dirigeable, en attendant l’arrivée du Spider.

Le Hybrid Airship est donc un concentré d’innovations, qui devrait déboucher sur une mise en service pour une version 20 tonnes d’emport en 2019. Les applications pour la défense sont nombreuses : surveillance, ravitaillement, emport de moyens de génie dans des zones difficiles d’accès (avec un coût d’heure de vol dix fois moindre que celui d’un hélicoptère), etc…

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Car le programme était initialement un programme militaire, supposé fournir des moyens de surveillance notamment en Afghanistan. Aujourd’hui, c’est le civil qui tire cette activité chez Lockheed puisque la société vient de signer un contrat de 480 millions de dollars avec une société britannique, Straightline Aviation. Nul doute que le domaine de la défense se réappropriera rapidement cet étonnant engin.

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Avez-vous vu le film « Gravity ». Si oui, vous savez ce que c’est que le syndrome Kessler : une collision en chaîne, une réaction exponentielle entre débris orbitaux, potentiellement catastrophique. Car comme le dit Alexandre Astier dans « l’Exoconférence » (que je ne saurais trop vous conseiller, même si cela dépasse largement le cadre de ce blog) : là haut, si vous rencontrez une poussière, « CarGlass, il ne répare rien du tout » (!).

Pour donner une idée, un débris spatial voyage en moyenne à dix fois la vitesse d’une balle de fusil. Et les 500 000 débris qui orbitent autour de la Terre constituent une menace considérable pour tous les systèmes en orbite (et notamment militaires). Pour en donner une idée, en 2009, un satellite russe en panne est rentré en collision avec un satellite Iridium américain, générant plus de … 2, 000 débris de taille « notable ».

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Le problème est donc (avant de parler de débarrasser l’espace de tels débris, ce qui fera l’objet d’un autre article) d’être capable de repérer, suivre et identifier ces débris. Les militaires viennent alors à la rescousse.

En premier lieu, l’US Air Force a demandé à la société Lockheed Martin de concevoir un système capable de suivre les débris en orbite. Ainsi a vu le jour le système Space Fence : un programme fondé sur des radars au sol, capables de tracker les débris en orbite.

Ce radar utilise un nouveau circuit intégré à base de semiconducteurs de nitrure de Gallium – une nouvelle technologie permettant notamment une plus grande sensibilité, et une meilleure fiabilité. Il s’agit d’un projet d’envergure : plus de 400 radars opérants dans la bande S vont scruter le ciel à compter de 2017.

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Mais ce réseau est d’ores et déjà complété par un site australien OSSTM, opérant un réseau de capteurs optiques. Cette nouvelle installation, baptisée Optical Space Services (OSS), complètera donc le projet Space Fence de Lockheed. Il s’agira de mettre en œuvre et de fusionner des systèmes à base de capteurs laser et optiques, et surtout de proposer des services en boucle courte aux opérateurs de satellites : en prévoyant la trajectoire des débris, il s’agit de reprogrammer les manœuvres satellitaires pour éviter les collisions les plus meurtrières.

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Il convient ensuite de se débarrasser des débris en orbite ; mais cela, ce sera l’objet d’un autre article dans ce blog.

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Le réseau satellitaire MUOS (Mobile User Objective System) est un réseau tactique déployé par l’US Navy afin de fournir des services sécurisés de communication mobile pour les forces américaines. Il s’agit d’une constellation de satellite géostationnaires développée par Lockheed Martin, et dont le déploiement a débuté en 2012 – le quatrième satellite a été placé sur orbite en septembre dernier.

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Au-delà des capacités usuelles de communication UHF, les spécifications sont exigeantes : le système doit fournir des capacités de communication haute performance  (voix et données simultanées) aux forces (unités conventionnelles comme forces spéciales) sur le terrain, aux moyens aériens, aux sous-marins comme aux navires de surface. Et ce, partout dans le monde. Chaque satellite doit posséder une liaison UHF classique, compatible avec les terminaux existants, et une autre charge utile permettant de fournir une nouvelle capacité WCDMA avec un débit 16x plus élevé (ce sont des satellites dits « dual payload »).

Pour ce faire, des réflecteurs conventionnels (environ 5m de diamètre) ne suffisent pas, car il faut pouvoir fournir des capacités de couverture « au-delà de la vue directe ». Pour éviter de multiplier le nombre de satellites, les sous-traitants Harris et Vanguard ont trouvé une solution originale : envoyer des réflecteurs « pliables » qui se déploient une fois le satellite en orbite.

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Ces réflecteurs sont donc nettement plus grands : 14 m de diamètre chacun ! Mais la taille ne fait pas tout (sic). En l’occurrence, le poids est un gros problème :il faut éviter d’avoir des réflecteurs trop lourds, car en ce cas, le coût du lancement du satellite devient prohibitif.

Les fabricants Harris et Vanguard ont donc développé une nouvelle technologie baptisée FMR pour « Fixed Mesh Reflector » : une structure composite de haute densité capable de réduire de 50% la masse du réflecteur, avec la même efficacité qu’une surface traditionnelle. La composition exacte de la surface développée par Vanguard est tenue secrète, mais on sait qu’elle a des propriétés de transparence optique à 80% environ, ce qui lui permet notamment de ne pas projeter d’ombres sur le satellite (pas de différences de températures à gérer, pas d’obstruction des panneaux solaires).

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Enfin, le matériau ne souffre pas des vibrations structurelles acoustiques subies par le satellite durant la poussée. Les réflecteurs sont enroulés dans le satellite pendant le lancement, et se déroulent une fois le satellite en orbite.

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Cette technologie vient donc d’être utilisée opérationnellement avec succès cette semaine: les panneaux FMR de 14m du satellite MUOS-4 ont ainsi été déployés dans l’espace. Harris a fabriqué 10 réflecteurs FMR, permettant d’équiper le prochain satellite du réseau MUOS, ainsi que d’autres satellites de communication.

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Skunkworks, vous connaissez sûrement : c’est ce département célèbre de Lockheed Martin dont le nom officiel est Advanced Development Programs (ADP), responsable du développement d’avions mythiques tel que le SR71 Blackbird, ou le F117.

Ce département (littéralement « l’atelier du putois ») est caractérisé par une grande autonomie au sein de sa maison-mère ; en soi, le concept et l’histoire de Skunkworks mériteront un article. Mais aujourd’hui, nous nous intéressons au dernier né de « l’atelier », le ARES VTOL.

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Le point de départ est encore une fois la DARPA, qui a lancé en 2009 le programme Transformer (TX) afin de trouver une alternative aux hélicoptères pour le transport de troupes sur le théâtre d’opérations. L’idée est de trouver un véhicule moins sensible aux menaces d’embuscade, et surtout très versatile, et capable de transporter rapidement de petits groupes de combat à différentes localisations sur le champ de bataille.

Au sein de TX, le nom de code du projet est ARES : Aerial Reconfigurable Embedded System, un véhicule aérien reconfigurable, multi-missions et destiné à l’infanterie et aux troupes de marine. Le véhicule est dit High-Speed VTOL : haute vitesse et décollage/atterrissage vertical (Vertical Take-Off & Landing).

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En 2010, Skunkworks s’est associé avec les sociétés Piasecki Aircraft Corporation et Ricardo, Inc. pour développer l’engin dont une version ARES VTOL a été présentée. Il s’agit d’un concept innovant qui repose sur l’utilisation d’un drone à hélices carénées capable d’emporter une charge utile modulaire, et comportant un segment sol dédié. Les modules sont interchangeables, et vont d’un module de transport de personnel à des charges utiles de type cargo, senseurs, ou modules MEDEVAC d’évacuation médicale. D’autres modules peuvent également transformer ARES en un UCAV (drone de combat) ou un système de transport de blindés.

Voici une vidéo présentant le concept:

La zone d’atterrissage nécessaire pour ARES VTOL représente une surface moitié moins importante que la zone nécessaire pour un hélicoptère de combat. La taille du système lui permet également d’être transporté par moyens aériens (C 130). Les hélices sont carénées pour procurer une certaine sécurité vis-à-vis des troupes au sol, et orientables horizontalement permettant au véhicule d’avoir des vitesses de transit importantes. C’est d’ailleurs Franck Piasecki qui, en 1950, avait inventé le dual rotor pour les hélicoptères.

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Une autre contrainte était, pour le vecteur, d’être transportable par route, sur une route normale. Enfin, le rayon d’action minimal du système est de 450 km.

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Les premiers testeurs du système sont l’US Marine Corps, l’US Army et l’US SOCOM (commandement des forces spéciales). Le prototype doit voler en 2015. Reste, outre les performances, à connaître l’équation économique du système, et son concept d’insertion au sein d’un environnement complexe, notamment dans une bulle opérationnelle aéroterrestre déjà fortement saturée.

Images (c) DARPA, Lockheed Martin